沙坡头铁路防护体系阻沙效益风洞实验研究

利用野外风洞,对沙坡头铁路风沙防护体系各组成要素的阻沙率和流沙的输沙率进行了模拟实验研究.在同一风速下,分别测定了野外、风洞同一项目对应的风速梯度,确定了风洞实验数据与野外实测数据的转换系数,实现了数据转换.在此基础上,分析了防护体系各要素阻沙效益.以输沙率、阻沙率概念为基础,确立了风沙防护体系宽度计算公式.根据风洞实验转换数据,计算了不同风速下的防护宽度.研究结果对于我国荒漠区铁路、公路风沙防护体系的设计,具有一定的借鉴意义.     

包兰铁路沙坡头段防护体系内的风沙沉降规律

对沙坡头铁路防护体系内的风沙沉降进行了断面观测,据此分析了沉降速率、粒度组成和物源的时空变化规律。结果显示：防护体系前沿流沙区、防护距离50～300 m的植被区和300 m以外的植被区风沙沉降速率分别为108.6、17.1 kg·m^-2·a^-1和1.5 kg·m^-2·a^-1。随防护距离增大,沉降颗粒逐渐变细,分选变差,跃移组分含量逐渐减少而悬移组分含量逐渐增大,沉降来源逐渐由前沿流沙区近地面风沙运动颗粒转变为以大气降尘为主的悬移颗粒。年内风沙沉降的高峰期为3-5月,6-8月沉降减弱,9月至次年2月风沙沉降最弱,3个阶段内防护体系植被区月均沉降量分别为0.59、0.10 kg·m^-2和0.04 kg·m^-2。3-5月风沙沉降以上风向邻近区域的风蚀起沙为主,6-8月较远源的大气降尘相对增加而上风向邻近区域的风蚀起沙相对减少,9月至次年2月风沙沉降物源以大气降尘为主。     

粒度揭示的末次间冰期以来长江中游风沙-风尘体系

对长江中游地区定山-太平断面上砂山砂与下风向5个黄土剖面黄土进行了详细的粒度分析,并与其他地区黄土进行对比。结果表明:(1)粒度象和粒度参数特点显示赣北定山-太平断面砂山下风向的黄土状土为风积成土;(2)定山-太平断面的砂山砂-砂山淤泥-黄土粒度特征的渐变过渡,指示了其沉积上的渐变过渡关系。结合区域各沉积相的年代序列认为,末次间冰期以来,长江河谷、漫滩等松散碎屑物在冬季风分选下,粗颗粒物质以砂山形式在其下风向不远处沉积,而剥离出的细颗粒物质则被颠扬到较远的下风向以黄土的形式堆积,从而在区域上形成一个以砂山砂和黄土为主的风沙-风尘沉积体系。     

包兰铁路沙坡头段防护体系生物土壤结皮沉积特征及其风沙环境意义

分析了沙坡头段防护体系生物土壤结皮类型、地表紧实度和沉积物机械组成的空间分布及其对风沙环境的指示意义。结果显示,沿主风向生物土壤结皮从无发育、斑块状分布,到连续分布;类型由地衣-藻结皮为主逐渐演变为苔藓结皮与其交错分布,地表紧实度逐渐增大。表层沉积物粒径随防护距离增大逐渐变细,悬移组分含量增加,结皮层粘粒和粉砂含量较高。表明防护体系内风沙活动由强烈蚀积逐渐转变为沉积主导,风沙环境趋于稳定。结皮沉积特征随沙丘地形起伏表现出波动变化,显示沙丘地形对局地风沙环境的影响。     

内蒙古大塔-何家塔铁路风沙路基综合防护体系

内蒙古大塔-何家塔铁路全线风沙路基长61.5 km,占正线长度的48.7%,风沙危害已严重威胁到线路的正常运营,并制约了区域矿产资源的外运。通过对当地气候条件、植被类型、沙丘分布等因素的调查,确定了植物防护和工程防护相结合的综合治理方案。选用沙柳、柠条、杨柴、胡杨多种植物,采取高立式沙障、HDPE网方格、沙柳活沙障树枝方格、水冲沙柳种植和灌木植物防护带多措施并举,在半固定沙丘和流动沙丘区段,依据风沙路基的不同危害程度,采用不同层次的风沙防护措施,构建了具有严密性、整体性的防沙体系。实践证明,活沙障与植物防护林带等措施形成了完整的绿色防护体系,阻沙、固沙作用显著,大大降低了风沙上道等危害铁路的可能性,保障了铁路的安全运营,为同类地区沙漠铁路的风沙治理工作积累了宝贵经验。     

包兰铁路沙坡头段风沙运动规律及其与防护体系的相互作用

包兰铁路沙坡头段是穿越流动沙丘最长,受到风沙危害最为严重的路段,自建成运营45 a以来,其有效而稳定的防护体系受到世人的关注和公认。通过前期23 a的防沙实践和后期22 a的监测证实：①该地区存在着一个较为稳定的风沙流场,具有三组不同风向,主风向为W—NNW,次主风向为NE—E、WSW—S,此种风沙流场格局具有明显的季节变化,是塑造格状沙丘形态和造成对铁路危害的重要因素。②沙丘移动过程表现为格状沙丘主梁沿主风向前后摆动,以缓慢的速度向前推移,其移动量为2~5 m·a^-1,造成风沙危害的最直接的原因是格状沙丘副梁的迅速前移,22 a平均移动速度为0.527 m·a^-1。合成移动方向为318.6°(NW→SE )。③从理论上考虑,前移的沙体是一种对防护体系的潜在威胁,即可能在固沙带前缘形成高大的沙堤掩埋防护体系。可是,实际上随着防护体系的建立和逐步的完善,不但有效的保障铁路的安全,而且同时也抑制了年总输沙量的25%;并改变了风沙流场的某些性质或作用,进而控制了风沙活动的方向与活动强度。在迎风坡的风蚀和背风坡的积沙致使沙丘高度相应的降低,这种变化规律具有从流沙区向固沙区逐渐衰减的趋势。     

线形沙丘的风沙沉积特征与内部构造

本文介绍了线形沙丘不同部位风沙沉积物的粒度特征、易溶盐含量特征和颗粒形态特征，通过现场全断面开挖线形沙丘剖面，对线形沙丘的内部构造进行了观测，结合研究地区的风信资料，对线形沙丘的风沙堆积过程进行了初步分析研究。     

华南沿海风沙危害防护体系及其效益分析

海岸风沙危害防治是一项涉及海洋工程、风沙地貌和空气动力等多学科交叉的难题。由于风水两相耦合作用,海岸风沙活动较内陆沙漠地区有其独特的地域环境特征,加之潮汐作用、海浪的冲刷和台风的严重威胁,以及海水对防沙材料的浸蚀作用,使海岸风沙危害防治与实践更加复杂和困难。根据海岸风沙活动规律及潮汐作用特点,借鉴包兰铁路沙坡头段风沙危害防治体系的经验,提出了以阻为主、阻固结合、以工程措施为先导、最终以生物措施替代工程措施的综合防治思路,建立海岸风沙危害综合防护体系,并对其防护效益进行了分析。     

敦煌-格尔木铁路高大沙丘区的风沙环境特征及风沙危害综合防护体系

新建敦煌-格尔木铁路途经库姆塔格沙漠东部的沙山沟,沟内沙源非常丰富,高大沙丘广布,其风沙危害对铁路造成了严重威胁。本研究选择党河上游流动沙丘和黑山嘴流动沙丘两个具有代表性的高大沙丘区域,系统调查与观测了该区域高大沙丘土壤水分、植被、风沙环境和风沙危害,在掌握和分析两试验区环境特征的基础上,在党河上游流动沙丘区建立以工程措施为主的风沙防治试验示范区,在黑山嘴流动沙丘区建立工程与生物相结合的风沙防治试验示范区。研究旨在取得敦煌-格尔木铁路途经高大沙丘区风沙防护的相关工程经验,合理确定风沙防治措施,为铁路通过该区的风沙防护提供了理论依据和实践参考,对保证敦煌-格尔木铁路安全畅通运营具有重要意义。     

人工卵石床面风沙流粒度特征

沉积物粒径分布对风沙沉积物的起动、输送和沉降过程十分重要。不同粒径的风沙沉积物空气动力学特征不同,从而导致其起动机理、输送过程和沉降模式不同。因此,粒度可以作为风沙沉积过程的指示器。戈壁是西北地区的一种重要地貌景观,戈壁风沙流是风沙物理研究的内容之一,但目前研究较少,特别是对戈壁风沙流粒度分布的研究,几乎没有报道。本文利用人工卵石床面模拟戈壁地表,对0.25、0.5、1 m和2 m高度的风沙流粒度特征进行观测,结果表明：沙源、地表状况、风程效应等影响沙粒粒径随高度的变化。沙源近,平均粒径随高度先减小后增加;沙源远,平均粒径随高度增加减小。戈壁表面的不同区域,沙粒粒径级配不同：随高度增加,粗砂,中砂含量降低,细砂、极细砂和粉砂含量增加;随距离增加,中砂含量降低,细砂、极细砂和粉砂含量增加。平均粒径越大,分选越好,偏度越趋于正偏,峰度越趋于变宽。偏度、峰度随分选系数增加而增加。峰度随偏度增加而增加。     

中国海岸风沙沉积记录的环境变化

海岸是陆、海、气相互作用的地带。海岸风沙沉积是这一特殊动力环境的产物,是研究海岸环境演变及海平面变化的良好信息载体。中国海岸主要存在3种风沙沉积,分别为“老红砂”、沙丘岩及海岸沙丘。本文通过比较已报道的风沙堆积的物质组成、地层变化等,进一步总结了海岸风沙沉积的特征;选择已开展绝对测年的沉积剖面,利用概率密度函数分析了风沙沉积年代的分布特征,考察了中国海岸风沙活动历史,结合其他气候记录,探讨了不同地质历史时期海岸风沙堆积的关键影响因素。结果表明：“老红砂”沉积主要记录了冰期-间冰期尺度的风沙活动,在120 ka BP前后、73—55 ka BP等时期,风沙活动主要与海平面下降时陆架提供的丰富沙源和强盛的冬季风有关;而在105 ka BP、80 ka BP前后,风沙活动与高海平面时期丰富的沙源或季风气候的季节性增强有关;55 ka BP以来风沙活动强度降低更多地反映了沉积记录保存环境的变化,末次冰期海岸风沙沉积大多分布在现代海面之下,并不代表实际的海岸风沙活动减弱。相比之下,海岸沙丘沉积所记录的风沙活动主要发生在近3 000 a,可能与中国海岸冬季风的增强有关。     

晚新生代中国北方风尘沉积的可能物源及变化

中国北方风尘沉积是晚新生代中纬西风和冬季风输送的粉尘相互加积的结果。对北方风尘沉积物来源和搬运动力的分析表明,风尘沉积的物质来源具有多样性,物源类型和分布、传输路径随时间变化。认为亚洲中部山地古风化壳可能是中国北方早期风尘沉积,尤其是第三纪红粘土的重要物源之一;晚新生代的粉尘源区类型由山地因干旱化被风蚀的红色风化壳逐渐向盆地周边被抬升的中、新生代砂泥岩过渡,再由盆地周边过渡到盆地内部的中生代与新生代的河湖沉积物和沙漠。同时大气环流格局的变化相应地导致了粉尘源区分布和传输路径的迁移。     

Revisit of event-based rainfall characteristics at Shapotou area in northern China

Distribution of rainfall event sizes and interval lengths between events are important characteristics of arid and semi-arid climates. Understanding their importance will contribute to our ability to understand ecosystem dynamics in these regions. Rainfall event timing and magnitude are important drivers of ecosystem processes and are instrumental in creating landscape heterogeneity in arid and semi-arid regions. Rainfall event characteristics were analyzed using an automatic tipping-bucket rain-gauge record across the entire summer monsoon season from 2008 to 2015 at the arid desert area of Shapotou in the Tengger Desert, China. Changing the minimum inter-event time (MIT) from 30 min to 24 h alters the number of rainfall events from 64 to 25 for the event depth larger than 0.1 mm. The mean rainfall intensity declined from 0.95 mm/h to 0.53 mm/h, and the geometric mean event duration rose from 0.55 h to 4.4 h. The number of rainfall events, mean rainfall intensity, and geometric mean event duration differed under different criteria of individual rainfall depths, except that for an individual rainfall depth of 0.5, 1.0, and 5.0 mm. The aforementioned features differed only at the lowest range of the mean rainfall intensity and depth for MIT=3 and 6 h. These findings suggest that identification of event-based rainfall in this specific arid region can be better achieved by setting the MIT at six hours. The wide variation in rainfall event properties indicate the need for paying more attention to the proper selection and reporting of event criteria in studies that adopt event-based data analysis. This is especially true in quantifying effective rainfall for soil water replenishment in terms of rainfall depth and intensity with infrequent rainfall events.     

沙坡头地区一年生植物的生理生态特性研究

对腾格里沙漠沙坡头地区一年生植物沙米(Agriophyllum squarrosum)、刺沙蓬(Salsola ruthenica)和虫实(Corispermum declinatum)光合作用日变化的研究结果表明,沙米的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均呈单峰型,其最高峰出现在11:00左右。刺沙蓬的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均呈"双峰型",光合速率、蒸腾速率在9:00有一个峰值,而后在11:00有一个谷值,13:00至15:00出现一天中的最高峰值;而其气孔导度在早7:00是一天中的最高峰值,而后在13:00有一个谷值,其次高峰出现在15:00~ 17:00,与蒸腾作用的日变化表现出密切的相关性。虫实的光合速率只是在早7:00有一较小的高峰,其余时间基本维持在较低的水平,其蒸腾速率最高峰出现在11:00,气孔导度最高峰出现在9:00~ 11:00,15:00为一天中的最小值,17:00又有所回升,而后开始下降。就3种一年生植物比较而言,在早7:00时光合速率相差不大,随着气温的升高,虫实的光合速率逐渐下降,而沙米和刺沙蓬的光合速率逐渐增高,比虫实的光合速率提高了4~ 6倍。刺沙蓬出现了明显的蒸腾午休现象,这可能是由于刺沙蓬的叶为肉质叶,它对周围环境变化的反应更灵敏,其调控机制变得活跃了,利用蒸腾午休来降低植物水分散失的效率,保证叶片相对稳定的含水量。沙米和虫实的蒸腾速率变化不如刺沙蓬大, 且蒸腾速率的日变化仍表现为单峰型, 从这一点来说, 沙米和虫实对干旱环境的反应不如刺沙蓬敏感。     

敦煌雅丹地层沉积物粒度特征初步研究

雅丹地层是雅丹地貌发育前整个沉积体系的物质体现,记录了沉积过程中的大量信息,而沉积物分析则是解读其关键信息的基础.以敦煌雅丹地貌为研究对象,对其出露地层的沉积物粒度特征进行了初步研究.结果表明:(1)敦煌雅丹地层沉积物粒径组成以粉沙为主,平均含量分别为41.08％(YA)、36.82％(YB)和35.41％(YC),自...     

青藏高原腹地湖泊沉积粒度特征及其古环境意义*

选择青藏高原腹地可可西里为研究区,通过对该区湖泊沉积物粒度参数的分析,并且与其他环境代用指标进行比较。探讨了中更新世以来可可西里地区的环境演变。结果表明：粒度参数的变化特征可以很好的指示湖泊水位的变化,能反映湖区气候的变化情况,而粒度参数所指示的湖泊水位波动及环境变化得到了其他环境代用指标很好的支持了。说明对沉积物粒度研究是恢复区域气候环境变化的一种有效途径。同时该区湖泊沉积物粒度参数的变化规律和深海氧同位素曲线在冰期-间冰期旋回尺度上有较好的一致性,但也出现不同的变化特征,说明本区既表现出全球一致的气候特征,但也受区域气候变化影响,这可能与青藏高原的抬升有一定关系,因此,本研究对研究区域气候与全球气候之间的关系有重要意义。     

生物基可降解聚乳酸(PLA)沙障对沙丘表层沉积物粒度特征的影响

以吉兰泰盐湖北部流沙区铺设8 a的不同规格聚乳酸（PLA）沙障内沉积物为研究对象,利用激光衍射技术分析了沙丘表层0~3 cm沉积物粒度组成,计算并分析平均粒径、标准偏差等粒度参数,探讨了影响障内沉积物相对粗细的关键组分,分析PLA沙障的防沙效益。结果表明：PLA沙障内沉积物以细沙、中沙、极细沙为主。中沙、极细沙、细沙是障内沉积物的关键组分。PLA沙障的阻滞作用使得中沙、粗沙含量百分比升高,细颗粒含量百分比降低,障内沙粒分选性逐渐变差,峰态偏离正态分布,向负偏方向发展,频率分布曲线分布范围变宽,累积频率曲线变缓,表层颗粒组成趋于粗化。1 m×1 m规格PLA沙障内均以积沙为主;沙丘迎风坡和背风坡的2 m×2 m、3 m×3 m沙障内均为积沙状态,丘顶则为风蚀状态。综合考虑沙障铺设成本和防护效果,得出研究区域内2 m×2 m规格PLA沙障整体防沙效益最佳。     

成水滴灌下塔里木沙漠公路防护林土壤盐分分布特征分析

对塔里木沙漠公路防护林地进行实地取样分析,研究咸水滴灌条件下土壤盐分变化规律及其离子分布特征.试验采用5个矿化度水平的咸水灌溉处理:29.70(1号井),25.90(2号井),20.99(8号井),16.95(14号井)和5.75 g·L-1(18号井).试验结果表明:咸水滴灌对土壤盐分含量和离子组成有显著影响,土壤积盐程度随灌溉水矿化度的增大而加剧,土壤盐分组成以C1-、Na+和SO42-为主;不同盐分离子在土壤剖面上的分布特征不同,C1-、Na+、Mg2+和SO42-四种离子的分布较一致,在垂直滴头向下方向浓度最低,远离滴头径向浓度逐渐增大,Ca外和HCO3-在剖面上的分布存在明显的不一致性,在水平方向上远离滴头HCO3-离子浓度向上层聚集,Ca2+则表现为向下层淋溶.研究结果对极端干旱区高矿化度咸水的合理开发利用及防护林的可持续发展具有理论意义和应用价值.     

风成沉积物粒度特征及其反映的青海湖周边近32 ka以来土地沙漠化演变过程

 湖东地区是青海湖周边土地沙漠化面积最大、程度最为严重的区域。选取青海湖湖东种羊场附近高度约为10 m的风蚀残丘（大水溏剖面）为研究对象,结合高密度采样和光释光测年,在对风成沉积物的粒度组成、粒度参数及粒度敏感指标进行分析的基础上,重建了32 ka以来青海湖周边的土地沙漠化演变过程。结果表明,32 ka BP以来青海湖周边土地沙漠化经历了末次冰期间冰阶（32～23.4 ka BP）的固结成壤期、末次冰期冰盛期（23.4～15 ka BP）的快速扩张期、末次冰期冰消期（15～10.4 ka BP）的缓慢减小期和全新世（10.4 ka BP至今）的快速缩小期4个阶段。     

Grain-size features of aeolian sand on the east coast of Hainan Island and the revealed evolutionary processes of the sedimentary environment

The Mudui stratigraphic section represents the typical records of sedimentation processes of sand dunes and interdune depressions on the east coast of Hainan Island.Based on high-density sampling and optically stimulated luminescence(OSL) dating of the strata of the section,the grain-size composition,grain-size parameters,cumulative distribution probability curve,and grain-size-sensitivity indexes(SC/D) were analyzed.The analyzed results show that the grain-size features of aeolian sand,weakly developed sandy paleosol,two-facies(aeolian and aqueous) deposits,and lagoon deposits are all different.This indicates four evolutionary phases of the sedimentary environment of the east coast of Hainan Island since 38 ka B.P.Phase I:38-22 ka B.P.;phase II:22-17 ka B.P.;phase III:17-10 ka B.P.;phase IV:10 ka B.P.-present.The climate experienced the hot-wet/hot-dry,hot-wet/hot-dry,and warm-wet/hot-wet fluctuations,and the sedimentary environment also underwent lagoon deposition,dune and interdune depression deposition,dune stabilization and soil development,shifting sand deposition,and evolutionary processes.